20世紀，污水處理領域出現了一系列新的污水處理技術以及實踐應用，例如膜過濾工藝和高級氧化工藝。這些新工藝的出現，為城市污水系統和水資源系統開啟了新的管理模式(Daigger，2003)，也必將大大提升水資源的可持續發展性，特別是那些能將城市水資源和廢棄物資源整合起來的新型工藝。

新工藝的誕生必將產生新的需求，這些需求會反過來進一步推動新技術的發展。本文將逐一闡述和分析城市水資源環境的現狀、修復情況、已經采取的具體措施，以及在當下發展環境中技術應當如何進步。

變革的需求

簡單來說，變革背后的主驅動力是全球人口增長以及生活需求的提升， 這二者的結合導致了資源的大量消耗 (包括水資源)，以致超出了我們所生活的這個星球的承受能力(Daigger, 2007b, 2008a; Wallace, 2005)。 目前，地球的總人口略大于60億， 到2050年，該數字預計將達到90億。 假如生活需求也依次提升，那么全球人口的資源消耗量將達到目前地球資源總量的3倍。顯然，這個“劇情” 無法成立，也不應成立。

我們假設地球的總人口數很小， 比如是兩億，并且人均資源消耗量也很低，那么我們的傳統消費模式—— “攝取、消費、廢棄”——是可持續的。 然而，事實并非如此，所以我們需要 對所有資源(包括水資源)進行循環和回收利用，并且我們還需要提高再生資源利用率。

水資源壓力

相比其他的資源而言，水資源生來就具備可再生的能力。自打這個星球有了生命的起源，大自然母親隨即開始讓水在天地之間循環往復。當這個循環過程“入不敷出”時，水資源壓力隨即產生。而不合理的水資源管理方式無疑會給整個系統進一步加壓， 最明顯的例如未經適當處理的污水直接排入水循環圈，這將導致可用水總量進一步縮減。

目前來看，水資源緊缺還只是影響了一部分人，預計到2025年，影響的范圍將擴展到全球總人數的45% (Daigger, 2007b;WRI, 1996)。而隨著氣候變遷，這個數據還有進一步惡化的趨勢。

一些針對資源回收的技術可以幫助改善這個狀況，但大部分回收技術的使用往往伴隨著對其他資源的消耗， 比如能量。在我們這個資源有限的世界里，任何一種資源的消耗增加，即使是水資源這樣的可再生資源，都必須慎之又慎。

由于城市水資源管理不善導致水資源壓力的另一個表現形式是水體中營養物總量的不斷攀升，例如水體中的磷元素(Steen, 1998; Wilsenach et al., 2003)。隨著磷礦的開采，磷越來越多的被用作人工肥料。被施以磷肥的農作物會被人類食用，而磷會作為人類新陳代謝的產物排入污水中， 因此，污水中的磷(包括其他營養物) 開始不斷富集，不斷富集的結果將引 起水體富營養化。另外，我們知道， 磷資源是不可替代的，按照目前的人類消費速率以及磷在地球上的存儲量， 在100年后，我們將無磷可用。因此，水體富營養化和磷資源的枯竭，這兩個原因都迫使我們必須盡快展開污水磷資源回收的行動。

還有兩個因素需要我們考慮在內。 第一，盡管在發達國家，水資源的相關服務已經非常到位，但是我們不應忘記，在地球上仍舊有大約10億人沒有享受到安全的飲用水，超過25億人 沒有足夠的衛生設施。顯然，我們需要 更有效的城市水資源管理系統，我們必須滿足全人類對水資源的需求。第二， 全球的供水和污水機構已經很難籌集到足夠的資金來維持機構本身的運轉， 更不用說，這些機構還需要不斷升級改造以適應人類不斷攀升的需求。

對可持續性的定義

城市污水處理和資源管理需要不斷尋求新的方法，其背后的驅動因素之一是我們的城市必須維持可持續的發展。具體表現為：

人們需要大 量的清潔水源和合理的衛生體系;

人們需要對當地水資源更加合理應用;

能源平衡;

加強營養物管理;

財政穩定的公用事業建設。

總的來說，可持續發展的需求來自于經濟、社會、環境三方面 (Daigger and Crawford, 2005)(見表1)。經濟的目標是為公共事業提供足夠的價值， 以確保用戶們愿意在財政上支持那些必要的基礎設施進行維護和擴展。環境目標包括從當地現有的供水中滿足用水需求，同時保持能源平衡，以及減少化學品消耗和營養鹽排放管控。整體的社會目標是獲得清潔的水源和合理的衛生體系。

而挑戰來自于如何實現這些目標，以及采用哪些技術來實現目標，如果我們明確了這些問題，那現在和將來， 我們都將擁有一個可持續發展的社會。

實現可持續發展的目標

為了實現上面所述的環境目標，我們需要將現有的線性方法進行改良優化，將分散和集中的元素相結合，將水和廢棄物進行回收，最終建立一個閉環系統 (Daigger, 2007a, 2008a,b; Daigger and Crawford,2007)，閉環系統具有實現我們三大目標的潛在能力。

圖1闡述了一個城市水管理的閉環系統。就供水而言， 無論是民用還是商用的供水系統，都可以大致分為兩類， 可飲用水和不可飲用水。可飲用水指的是直接飲用的水和淋浴用水，不可飲用水指的是沖廁用水、洗衣用水、澆地用水，以及其他工業用水。總的來看，飲用水的消耗總量實際上非常小。所以，實際上目前可飲用水的供給量遠遠大于消耗量。事實上，飲用水可以取自當地水源，也可以取自其他地方的水源，只要水質合適即可。通過對用水目的區分(飲用與非飲用)，我們認為，用于飲用的供水體量應該大大縮減。

根據上一段分析，我們可以得知，家庭和商業用水中的大部分都應是非飲用水，非飲用水可以取自多種多樣的當地資源，比如循環水、收集雨水等。如圖1所示，非飲用水的儲集是整個系統的關鍵組成部分。非飲用水可以儲存在城市區域地下的蓄水層，或者儲存在地表儲水設施內。

編輯：李丹